CN102369657A - 丙烯酸光伏打模块背板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及作为一个光伏打模块背板的一部分有用的一种丙烯酸层(处于一种涂层、薄膜、或薄片的形式)。该丙烯酸层包含至少百分之40的一种或多种丙烯酸聚合物，包括一种丙烯酸聚合物基质以及可任选的多种丙烯酸抗冲击改性剂。该丙烯酸聚合物优选是一种聚合物、共聚物、或三聚物，包含至少50重量百分比的甲基丙烯酸甲酯单体单元。该丙烯酸层是柔性的并且可任选地包含高水平的白色颜料。它还可以包含氟聚合物类(例如聚偏二氟乙烯)以改进耐气候性、可加工性以及成膜性。该丙烯酸层粘附至一个聚合物支撑层上，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。一种优选的基片是预处理过以改进粘附性的PET，但是同样可以使用未打底漆的PET。该背板作为一个光伏打模块的一部分提供了优异的耐气候性、环境稳定性以及反射率。
Description
发明领域
本发明涉及作为一个光伏打模块背板的一部分有用的一种丙烯酸层(处于一种涂层、薄膜、或薄片的形式)。该丙烯酸层包含至少百分之40的一种或多种丙烯酸聚合物，包括一种丙烯酸聚合物基质以及可任选的多种丙烯酸抗冲击改性剂。该丙烯酸聚合物优选是包含至少50重量百分比的甲基丙烯酸甲酯单体单元的一种聚合物、共聚物、或三聚物。该丙烯酸层是柔性的并且可任选地包含高水平的白色颜料。它还可以包含氟聚合物类(例如聚偏二氟乙烯)以改进耐气候性、可加工性以及成膜性。该丙烯酸层粘附至一个聚合物支撑层上，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。一种优选的基片是预处理过以改进粘附性的PET，但是同样可以使用未打底漆的PET。该背板作为一个光伏打模块的一部分提供了优异的耐气候性、环境稳定性以及反射率。
发明背景
光伏打(PV)模块由一种外部上釉材料、总体上包封在用于防护的一个透明封装件中的多个太阳能电池、以及一个背板组成。这些太阳能电池是由已知的用在太阳能收集器中的材料制成的，这些材料包括但不限于：硅(结晶的或无定形的)、硒化镉铟(CIS)、硒化镉铟镓(CIGS)、以及量子点。这种背板是在光伏打模块的背面暴露于环境中。背板的主要功能是提供电绝缘性、低的水蒸气透过性、紫外线保护、以及氧气阻隔特性，这些对于保护光电池(例如硅晶片)免于同水、氧气、和/或紫外线辐射进行的反应而引起的降解是有必要的。因为这些光电池总体上是包封在乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、或一种热塑性密封剂中的，当这些部件被层压在一起时，该背板材料应很好地粘附至EVA或热塑性密封剂上。
在光伏打模块中已使用了金属片(如钢或铝)作为背板。更近来，已使用了聚合物材料，如TEDLAR，来自DuPont的一种聚氟乙烯(PVF)材料(US6,646,196)、一种离聚物/尼龙合金(US 6,660,930)、以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET以相对低的成本呈现出优异的水蒸汽阻抗性；然而它易于受到因暴露于环境影响(如紫外和红外辐射、以及臭氧)造成的降解。
在多种背板构造中是通过PVF薄膜来保护PET的，这些薄膜是强韧的、光稳定的、耐化学性的、长期暴露于湿气中不受影响的、并且在表面处理后很好地粘附至EVA上的。光伏背板的典型的构造是PVF/PET/PVF、PVF/Al/PVF、以及PVF/PET/Al/PVF多层的层压薄膜，厚度为100微米到450微米。不幸的是，PVF是一种相对昂贵的材料。另外，PVF具有相对较差的对PET的粘附性。粘附性典型地是通过处理聚合物表面进行增补以提高PVF薄膜的粘附性。对于有效的粘附需要一种粘合剂，这增加了成本和制造步骤。
已经展示了一种聚偏二氟乙烯背板组合物以提供超越PET/PVF技术的性能、加工、以及成本上的改进，如在WO 08/157,159中所描述的。
在US 61/157,022中提议了一种可热成型的、高Tg的甲基丙烯酸薄片(尤其是用于聚光光伏打模块)。
对一种坚韧的背板材料存在一种需要，该材料可以容易地粘附至PET上并且经受对一个有效背板的严格要求，而且还比当前使用的材料更廉价。
出人意料地，申请人已发现一种丙烯酸涂层、薄膜、或薄片可以容易地直接粘附至PET上，在比当前使用的氟聚合物更低的成本下提供了优异的气候保护和湿气保护。PET优选经过预处理以改进粘附性。本发明的另一个优点是高水平的白色颜料容易掺入到丙烯酸材料中，从而提供了优异的太阳光反射率。颜料有时难以分散目前使用的背板构造的组合物，并且因此有时需要多个层用于颜料掺入(尤其当使用大量的颜料时)。这样的多层结构导致了附加的制造步骤和成本。
发明概述
本发明涉及一个多层背板，该多层背板包括粘附至一个聚合物支撑层的一个丙烯酸层，其中该丙烯酸层包括按重量计至少百分之40的一种或多种丙烯酸聚合物，其中该丙烯酸层处于具有从10微米到200微米的厚度的一种涂层、薄膜、或薄片的形式，并且其中该背板作为光伏打模块的背板是有用的。
本发明进一步涉及具有本发明的背板的一种光伏打模块。
发明详细说明
本发明涉及具有一个丙烯酸层(处于粘附至一个聚合物支撑层的一种丙烯酸涂层、薄膜、或薄片的形式)的一种多层光伏打背板构造。
丙烯酸层
使用了一个丙烯酸层(处于一种涂层、薄膜、或薄片的形式)以提供对一个光伏打模块背面的保护。该丙烯酸层可以是一个单丙烯酸层、或由两个或多个丙烯酸层彼此密切接触而形成的一种多层结构。该丙烯酸层粘附至一个支撑基片上，尽管在一些情况下对于该丙烯酸层可能有利的是处于支撑基片面向太阳光收集器的一侧，但是优选面向环境。该丙烯酸层必须能够在加工过程中达到的温度下并且能够在PV模块工作时达到的使用温度下粘附至支撑层上。该丙烯酸层包含至少40重量百分比、优选多于50重量百分比、并且可以包括60或更多的重量百分比的一种或多种丙烯酸聚合物，包括一种丙烯酸基质聚合物以及可任选的多种丙烯酸抗冲击改性剂。该丙烯酸层可以另外包含一种或多种不同的添加剂，例如颜料、易混合的聚合物、以及其他添加剂。
该背板需要高水平的尺寸稳定性。尺寸稳定性的主要部分来自该支撑层。该丙烯酸聚合物层应该或者具有高于25℃、优选高于40℃、并且更优选高于55℃的一个Tm(如果所述层是结晶的或半结晶的)，或者具有高于10℃、优选高于40℃、并且更优选高于40℃、并且甚至更优选高于55℃的一个Tg(如果所述层是无定形的)。优选地，该丙烯酸层或者具有高于70℃的一个Tm或一个Tg，并且对于丙烯酸层可能更优选具有高于85℃的Tm或Tg。在一个实施方案中，该丙烯酸层具有一个高的Tm或Tg，对于一个半晶体或晶体层具有高于130℃、更优选高于140℃、并且甚至高达高于150℃或160℃的一个Tm，或者对于一个无定形丙烯酸层具有高于90℃、优选高于95℃、并且更优选高于100℃的一个Tg。该丙烯酸层甚至可以是一种高Tg的丙烯酸共聚物。
在此使用的“高Tg”是指高于聚甲基丙烯酸甲酯的一个Tg，如通过差示扫描热量法所测得的，优选110℃或更高，更优选115℃或更高，甚至更优选120℃或更高，并且可以甚至高达125℃或更高。该高Tg组合物可以是a)由甲基丙烯酸甲酯和至少一种其他单体组成的一种高Tg共聚物，其中所生成的共聚物具有高于聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA，Tg为105℃)的一个Tg、或b)一种(甲基)丙烯酸聚合物与至少一种易混合的、半混合的或相容的聚合物的一个共混物，其中总的Tg(对于一种易混合的聚合物)或Tg中至少一个(对于一种半混合的聚合物)为高于110℃、或c)具有比无规聚合的PMMA更高水平的间同规整度的聚(甲基丙烯酸甲酯)。
本发明的丙烯酸基质聚合物是一种丙烯酸均聚物或共聚物。在此使用的“共聚物”是指一种具有两种或多种不同单体单元的聚合物。该共聚物可以是一种三聚物，具有三种或更多种不同的单体单元、或具有四种或更多种不同的单体单元。该共聚物可以是一种无规共聚物、一种梯度共聚物、或通过一种受控的聚合反应方法而形成的一种嵌段共聚物。该共聚物还可以是一种接枝共聚物，或具有一个受控的结构，如一个星形或梳形。优选地，该共聚物是通过一种自由基聚合方法或一种阴离子聚合方法而形成的，并且该方法可以是本领域中已知的任何聚合方法，包括但不局限于：乳液、溶液、悬浮聚合，并且可以批量和半批量地完成。
该丙烯酸基质均聚物或共聚物优选包含至少50重量百分比的甲基丙烯酸甲酯单体单元，优选至少70重量百分比并且更优选至少85重量百分比的甲基丙烯酸甲酯单体单元。该丙烯酸共聚物包含从0.01到50、优选3到25、并且更优选4到15重量百分比的至少一种共聚单体。可以赋予一种共聚物一个更高Tg的有用的单体包括但不局限于：甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、取代的苯乙烯类、α甲基苯乙烯、马来酸酐、甲丙烯酸异冰片酯、甲丙烯酸降冰片酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸环己酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、取代的马来酰亚胺类、戊二酰亚胺、以及马来酰亚胺。
该甲基丙烯酸甲酯共聚物可以另外包含与甲基丙烯酸甲酯可共聚的一种或多种其他的乙烯基单体，包括但不局限于：其他丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯单体或其他烯键式不饱和单体，包括但不局限于：苯乙烯、α甲基苯乙烯、以及丙烯腈。在该单体混合物中有用的其他甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯单体包括，但不限于：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异辛酯以及丙烯酸异辛酯、丙烯酸月桂酯以及甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八酯以及甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸异冰片酯以及甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸甲氧乙酯以及甲基丙烯酸甲氧乙酯、丙烯酸-2-乙氧乙酯以及甲基丙烯酸-2-乙氧乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯以及甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的单体。
在一个实施方案中，还可以使用少量的多官能的单体作为交联剂。适合的交联单体包括但不限于，例如，甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯酸烯丙酯、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯以及二丙烯酸乙二醇酯、三丙烯酸乙二醇酯以及三甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸丁二醇酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、异氰尿酸三烯丙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N，N-亚甲基双丙烯酰胺以及N，N-亚甲基二甲基丙烯酰胺、柠檬酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙二醇二乙烯基醚、以及类似物。通过辐射或热方法的交联可以被用于在将丙烯酸聚合物施加到PET后形成交联。
在丙烯酸聚合物中单体的选择可以取决于有待向丙烯酸聚合物中加入的添加剂。当加入高度亲水的颜料(如TiO2和BaSO4纳米颗粒)时，亲水的单体单元在聚合物中的存在将协助颜料到丙烯酸聚合物基质的均匀掺入。
在一个实施方案中，该丙烯酸基质是一种共聚物，包含至少0.01重量百分比、并且优选从1到25重量百分比、更优选2到20重量百分比的极性的功能化单体单元。功能化可以产生于一种或多种功能化单体的共聚反应、一种或多种功能化单体的接枝、或者丙烯酸聚合物的后聚合功能化。功能化可以作为功能化的嵌段在一种嵌段共聚物中存在。有用的功能化单体包括但不局限于：包含酸、酸酐、羟基、环氧基、以及胺的基团的那些。有用的功能化共聚单体的实例包括但不限于：胺官能的：N，N-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N-乙氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二乙氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺或N-叔丁基丙烯酰胺或N-乙基(甲基)丙烯酰胺、或这些化合物的氯化物；羟基官能的：2-羟乙基(甲基)丙烯酸酯、羟丙基(甲基)丙烯酸酯、4-羟丁基(甲基)丙烯酸酯、缩水甘油基(甲基)丙烯酸酯、乙基α-羟基甲基丙烯酸酯、以及2，3-二羟基丙基(甲基)丙烯酸酯；羧酸和酸酐官能度：马来酸酐、马来酸、取代的马来酸酐、马来酸酐的单酯、衣康酸酐、衣康酸、取代的衣康酸酐、戊二酸酐、衣康酸的单酯、富马酸、富马酸酐、富马酸、取代的富马酸酐、富马酸的单酯、巴豆酸以及它的衍生物、丙烯酸、以及甲基丙烯酸；氰基 烷氧基烷基(甲基)丙烯酸酯类，例如ω-氰基乙氧基乙基丙烯酸酯、或ω-氰基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯；包含一个芳香环和一个羟基基团的乙烯基单体，例如乙烯基苯酚、对乙烯基苄基醇、间乙烯基苯乙基醇、乙烯基吡咯烷酮、以及乙烯基咪唑；以及其他功能化单体，烯丙基溶纤剂、烯丙基甲醇、甲基乙烯基甲醇、烯丙基醇、methyllyl alcohol、缩水甘油基甲基丙烯酸酯、3，4-环氧丁基丙烯酸酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、β-氰基乙基甲基丙烯酸酯、β-氰基乙基丙烯酸酯、以及掺入三烷氧基硅烷烷基侧基的丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯类，除其他之外。具有在本发明中有用的亲水部分的可聚合的表面活性剂或大分子单体的例子包括但不局限于：1-烯丙氧基-2-羟基丙烷磺酸钠、磷酸酯甲基丙烯酸单体、聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯、1-甲基丙烯酰基酰氨基、2-咪唑啉酮乙烷。
在一个实施方案中，该丙烯酸共聚物是梯度聚合物的一种嵌段共聚物。该嵌段共聚物可以通过一种受控的自由基聚合(CRP)方法来制成，这种自由基聚合方法例如但不限于：原子转移自由基聚合(ATRP)、可逆加成断裂链转移聚合(RAFT)、氮氧介导聚合(NMP)、硼介导聚合、以及催化链转移聚合(CCT)。对于丙烯酸嵌段共聚物，一种优选的方法是氮氧介导聚合。每个嵌段可以是一种均聚物或一种无规共聚物。在一个实施方案中，一种有用的嵌段共聚物是聚甲基甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸-b-聚丁基丙烯酸酯-b-聚甲基甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸。本领域的一名普通技术人员将认识到，在本发明的范围之内可以形成其他类似的嵌段共聚物。此类嵌段共聚物的一个优点是，它们可以提供所需的柔性，而没有加入添加剂，如抗冲击改性剂。
抗冲击改性剂
丙烯酸基质的韧性和抗冲击性可以任选地通过一种或多种抗冲击改性剂的加入而改进。有用的抗冲击改性剂包括嵌段共聚物类、接枝共聚物类、以及核-壳抗冲击改性剂。这些抗冲击改性剂本质上可以是丙烯酸或非丙烯酸。在一个实施方案中，具有柔软的丙烯酸丁酯核的丙烯酸核-壳抗冲击改性剂可以分散在丙烯酸共聚物基质中。与包含丁二烯共聚单体的抗冲击改性剂相比，丙烯酸抗冲击改性剂具有更好的户外耐气候性。因此优选丙烯酸抗冲击改性剂，并且与丙烯酸聚合物基质一起包括丙烯酸层的丙烯酸部分。抗冲击改性剂的水平是丙烯酸聚合物的0到50重量百分比，并且优选10到30重量百分比。抗冲击改性剂的使用同样影响了熔体或溶液粘度和流变学(熔体强度，剪切稀化)。抗冲击改性的丙烯酸共聚物允许人们对机械性能(如韧性和柔性)加以改进。
氟聚合物
作为一种均匀的共混物，该丙烯酸层可以包含至少一种与(甲基)丙烯酸(共)聚合物易混合/半易混合/相容的聚合物。一种有用的易混合的聚合物是一种氟聚合物，并且尤其是聚偏二氟乙烯(PVDF)。
可以将一种氟聚合物共混到丙烯酸共聚物基质中以改进多种特性。氟聚合物必须是与该丙烯酸共聚物易混合、半易混合、或相容的。有用的氟聚合物包括聚偏二氟乙烯(PVDF)以及聚氟乙烯(PVF)。一种有用的氟聚合物是PVDF的一种均聚物或共聚物，该均聚物或共聚物包括至少75重量百分比的偏二氟乙烯单体单元。氟聚合物可以在丙烯酸层/氟聚合物共混物中存在，处于从40∶60到100∶0，优选从51∶49到95∶5，优选从60∶40到95∶5，并且甚至70∶30到90∶10(基于一种或多种丙烯酸共聚物以及一种或多种氟聚合物的总重量)。氟聚合物可以是一种均聚物、或共聚物。特别有用的是包含按重量计至少百分之75的偏二氟乙烯单体单元的共聚物和三聚物。有用的共聚单体包括但不局限于：偏二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯(TFE)、乙烯-四氟乙烯、以及六氟丙烯(HFP)。特别有用的PVDF/HFP共聚物包括来自Arkema Inc.的KYNAR FLEX2850和3120。丙烯酸聚合物和PVDF的共混物可以通过任何已知的方法来形成，这些方法包括：使用一种丙烯酸改性的氟聚合物(AMF)以形成一个涂层；将丙烯酸聚合物和PVDF的溶剂溶液混合以形成一个涂层；并且将丙烯酸聚合物和PVDF在熔融下混合，然后熔融挤出成为一个薄膜或薄片，从而允许以一种非常有成本效益的手段将PVDF混合到丙烯酸聚合物以用于一个光伏打背板。
氟聚合物(并且尤其是PVDF均聚物或共聚物)具有优异的耐气候性、抗紫外线辐射性、耐溶剂/湿气性、以及电绝缘性。它们作为共混物在丙烯酸聚合物中的使用可以在这些特性上带来改进。该氟聚合物共混物还减小了脆性并且改进了高Tg丙烯酸聚合物的抗冲击性。
颜料
本发明的丙烯酸层优选包含基于一种或多种丙烯酸聚合物的重量的从0到50重量百分比的一种或多种颜料。这些颜料可以是一种任何颜色的无机或有机颜料。在一个优选实施方案中，这种或这些颜料是白色的，从而提供高的白色反射水平，改进光捕获效率，并且降低在一个光伏打模块中的热量积蓄。在丙烯酸层中使用5-50wt％(基于总的丙烯酸聚合物)、优选10-40、并且更优选25-35重量百分比的白色颜料。有用的白色颜料包括TiO2、BaSO4、CaCO3、Al2O3以及ZnO。在一个实施方案中使用TiO2纳米颗粒。该TiO2可以用Al2O3和/或SiO2在它的表面上进行修饰，或者用其他有机添加剂进行处理以协助分散。可以通过本领域中已知的方法将颜料加入丙烯酸共聚物中。在一个实施方案中，可以使用一种单程混合法以通过双螺杆混合形成一种丙烯酸/PVDF/TiO2纳米颗粒合金。通过多程混合提供了TiO2的甚至更好的分散，并且取决于TiO2的粒度和表面处理甚至要求更好的分散。亲水的丙烯酸共聚物在实现更好的亲水性TiO2颜料的分散上是有用的。尤其在高的颜料负载水平上这是重要的。发现具有少量(甲基)丙烯酸单体单元的一种甲基丙烯酸共聚物、一种PVDF树脂以及纳米颗粒TiO2的一个共混物在可见光(400-800nm)和太阳光区域(300-1200nm)产生了扩散程度更高的太阳光辐射反射率，并且改进了气候老化和紫外线阻挡。
其他添加剂
在本发明的一个实施方案中，将与聚合物支撑层具有强的亲和力的一种基于丙烯酸的粘合剂共混到丙烯酸层中。这改进了丙烯酸层直接对未处理的或处理过的PET或其他支撑层的粘附性。
本发明的丙烯酸层可以任选地包含处于有效量的一种或多种添加剂，包括但不局限于：紫外线稳定剂，大约为1-4％，它可以是有机稳定剂类(如二苯甲酮、苯并三唑、以及三嗪的衍生物)或用于永久紫外线保护的无机颗粒(例如纳米ZnO)；增塑剂类；填充剂类；着色剂类；颜料类；抗氧化剂类；抗静电剂类；表面活性剂类；调色剂类；润滑剂类；以及分散助剂类。
处于从0.1wt％到1.0wt％水平的抗氧化剂在避免一些高Tg聚合物(包括含有酸单体的那些聚合物)的泛黄上是有用的。少量的润滑剂(如硬脂酸)在形成过程中作为一种脱模剂是有用的。
反应添加剂(例如交联剂)(可以是多官能的硅烷类、氮丙啶类、maleamines、异氰酸酯类、以及它们的组合)可以进一步与丙烯酸聚合物中的官能团反应以改进物理性能并且增强对未打底漆的PET薄膜的粘附性。
在一个优选实施方案中，该丙烯酸层是柔性的。在此使用的“柔性”是指具有100微米或更小厚度的丙烯酸层可以在一个具有10mm直径的圆柱形杆上弯曲或折叠而不破坏该层的物理或光学特性。高达200微米的一个丙烯酸层可以在一个具有100mm直径的圆柱形杆上弯曲或折叠而不破坏该薄膜/薄片的物理或光学特性。如果出现微裂纹、或者出现其他的物理或光学变化的话该丙烯酸层则不是柔性的。
聚合物支撑层
在该光伏打背板中，该丙烯酸层直接或间接地粘附至一个聚合物支撑层上。该支撑层被用来支撑该丙烯酸层，并且可以起到其他作用，如一个湿气屏障、和/或介电层。该聚合物支撑层可以是一个单层，或可以具有一个多层构造(具有两种或多种材料)。本发明的有用的支撑层的例子包括但不局限于：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenapthalate)(PEN)、功能化的聚烯烃类以及它们的合金。一个优选的支撑层是一种PET层基片。本发明的支撑层基片处于一个薄片或薄膜的形式，并且具有从50um到500um、优选75微米到250微米的厚度。该基片典型地是通过已知的方法形成的，如双向拉伸法。有可能用一种未处理的支撑层来实践本发明并且仍然具有良好的粘附性(例如通过一种功能化丙烯酸的使用)，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯的支撑层总体是由在本领域中已知的方法进行了预处理以改进粘附性，如用一种化学底漆进行涂覆、或用电晕和/或等离子体进行处理。PET在相对低的成本下呈现出优异的水蒸汽耐受性；然而它易于受到来自因暴露于环境影响中(如紫外和红外辐射、以及臭氧)造成的降解。在以下展现的一个实施方案中，使用PET作为一个示例性的支撑层，然而本领域的一名普通技术人员可以容易地想象出取代PET的其他聚合物支撑层。
本发明的丙烯酸层粘附至聚合物支撑层上以形成一种背板结构。这种粘附可以是通过将丙烯酸层与一个处理过的或未处理的聚合物支撑层进行直接接触。该粘附还可以是通过使用直接在丙烯酸层与聚合物支撑层之间的一个或多个结系层或粘合剂层。本发明的粘附还包括一种间接的粘附，其中一个或多个材料层存在于丙烯酸层与聚合物支撑层之间，其中每个层在对应的接触区域彼此粘附。
构造
本发明的背板由粘附至支撑层(通常指的是PET)(P)上的丙烯酸层(A)组成，形成一种结构，缩写为“AP”。在一个优选的实施方案中，仅这两层构成了整个背板构造。本发明还预先考虑到具有一个或多个附加层的其他复合结构。以下列出了多种可能的构造中的一些，尽管本领域的一名普通技术人员基于此处的说明可以想象到本发明的实施方案的其他结构。
a)APE 这是丙烯酸层的一种三层结构，丙烯酸层直接连接至一个PET层上，该PET层直接连接至一种EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)共聚物或其他热塑性层上。该构造的厚度总体上是从75微米到450微米。这种构造对于在PV模块中使用的密封剂具有良好的粘附性。这种结构的一个优点是，它包括背板以及还有一种光伏打模块的中间层的一部分，从而使得最终的PV模块的组装更为容易。
b)打底漆的AP 这是一种三层结构，具有直接连接至一个PET层的一个丙烯酸层，该PET层直接连接至一个薄的底漆(1-100微米)上，例如乙烯乙酸乙烯酯-马来酸酐(EVA-MAH)三聚物或其他热塑性塑料。这种构造对于在PV模块中的密封剂具有良好的粘附性。这种结构的一个优点在于，它是一种更有成本效益的背板，从而使得最终的PV模块的组装更为容易。
e)APA 这种构造在一个PET层的两侧都具有一个丙烯酸层。在内侧上的丙烯酸层是白色的，并且将提供改进的反射率，这是因为它更接近太阳能电池。可以使用薄的底漆(例如多官能的硅烷类)用于更坚牢的粘附至一个EVA密封层。外侧的丙烯酸层可以是白色、无色、或另一种颜色的。
d)KPA 这种构造具有一个聚(偏二氟乙烯)的外层(如ARKEMA的KYNAR树脂)以及一个内部的白色丙烯酸层。该构造将一个PVDF外层的优异的耐气候性与PET内侧的一个白色丙烯酸层的增加的反射率相结合。可以使用一种底漆用于更好地将内层粘附至EVA密封层上。
e)丙烯酸涂覆的功能化聚烯烃类 这是一种双层结构，具有直接连接至一个厚的功能化聚烯烃层(400-800um)(包括EPDM或EPDM衍生物)上的一个丙烯酸层。这种构造对于在PV模块中的多种密封剂具有优异的粘附性。这种结构的一个优点在于，它也是相当有成本效益的，从而使得最终的PV模块的组装更为容易。
背板形成
丙烯酸层组合物(包含丙烯酸聚合物和所有添加剂)可以通过将添加剂通过本领域中已知的方法共混到丙烯酸基质聚合物中来形成。然后该丙烯酸层组合物形成并且通过多种方法被施用到聚合物支撑层基片上(在此通过PET举例说明)。虽然不是在所有情况下都要求，该PET基片总体上应是经预处理的以便增加粘附性。基于在此提供的披露内容和实例，本领域的一名普通技术人员可以想象到将多个组分共混并且将丙烯酸组合物施用到PET基片上的其他方法。
在用于形成该多层背板的一种方法中，首先通过已知的方法将一种丙烯酸组合物共混并且形成为一个单独的薄片或薄膜，这些方法是例如熔融挤出、吹膜、挤出涂覆、挤出层压和/或铸膜。这些单层薄膜或薄片总体上厚度为10微米到200微米，并且优选厚度为15微米到100微米，更优选厚度为20微米到50微米。该薄膜/薄片可以甚至是更厚的，对于高水平的颜料而言这允许了每单位的丙烯酸聚合物的颜料水平更低，这是因为决定反射率的将是颜料的总量和颜料分散。这在制造中是有利的，因为颜料/丙烯酸聚合物的母料需要是浓缩程度更低的，从而使得该母料更容易生成并且处理。
然后在外部压力下(或在真空中)在提高的温度下(大约140℃-150℃)将该薄片或薄膜层压到PET上。热层压温度可以比高Tg丙烯酸聚合物的Tg更高，同时它可以稍微低于或接近于PVDF的熔融温度。
用于将丙烯酸层组合物施用到PET上的第二种方法是通过一种涂覆法。可以将丙烯酸聚合物和添加剂共混入一种水性或溶剂溶液或分散体中，并且通过溶液涂覆/流延、滚涂、刷涂、凹版涂覆、柔版涂覆(flexographic coating)、热传递涂覆(thermal transfer coat)、喷雾、或其他已知的方法将其施用到该PET基片上。然后将该涂层干燥，在PET上产生了一个薄的丙烯酸组合物层。有用的涂层厚度是从5微米到100微米，并且优选15um到50um。
在将支撑层层压到光伏打模块的剩余部分上之后，可以将丙烯酸施用到该支撑层上。在这种情况下，可以通过本领域中已知的方法将一个涂层施用到已经层压到PV模块上的支撑层上。这种后-层压涂覆法的一个优点在于丙烯酸层的Tg或Tm可以更低，这是由于它没有暴露于层压条件下。
可任选地，可以将一个薄的保护性聚合物层(例如PVDF或另一种氟聚合物)施用到背板的外侧，从而面向环境。
特性
本发明的丙烯酸/聚合物支撑层背板提供了优异的长期耐气候性、优异的尺寸稳定性(优选小于2％并且更优选小于1％的收缩)、优异的光反射/回收、优异的耐湿气性(小于2.5g/m2每天)以及优异的电绝缘性(介电击穿大于15KV)。
丙烯酸聚合物层在一个湿热测试中(处于85℃/85％的相对湿度)持续1000小时优选不应该呈现出可见的变形，例如皱折、鼓泡以及分层。使用一种标准划格剥离法(ASTM 3003/3359)对到PET基片的涂层粘附性进行了评估。
对于染色的丙烯酸层(一个优选的实施方案)，白色丙烯酸薄膜的光学反射在可见光区域在560nm处应该超过大约百分之80。另外，该丙烯酸组合物层可以在300-400nm处提供100％的紫外线阻挡保护，作为一种手段来保护PET层免受基于UV的降解。总的太阳光放射率被定义为在300-2500nm波长处的光学反射率。所希望的总的太阳光放射率应该是总够高的(如高于60％)，这可以进一步增强PV模块效率。根据AM 1.5G(在ASTM E927中定义)在层压的PV模块中测量了PV模块效率。
PV
该光伏打模块由一种正面上釉材料、一个太阳能电池中间层、以及背板组成。
该上釉材料可以是玻璃或塑料，并且可以任选地涂覆有一薄层的氟聚合物。一个集中性光伏打模块将包括透镜以将太阳光辐射集中到太阳光收集器的更小区域上。在一个实施方案中，正面上釉材料还可以是一种高Tg甲基丙烯酸甲酯共聚物，它可以与在背板中所使用的相同或不同。该上釉需要允许在光谱的至少略微可用的部分中传递太阳光辐射。该上釉可以是清晰或模糊的，并且可以具有一个光滑的或不光滑的表面。
该光伏打模块的内部太阳光收集器是由一种能够将太阳光辐射转化成电流的材料构成的。该内层可以由本领域中已知的用于此目的的材料构成，包括但不局限于：结晶硅、无定形硅、硒化铜铟(CIS)、硒化铜铟镓(CIGS)、量子点、碲化镉(CdTe)、无定形硅/微晶硅共混物。
太阳光辐射收集器总体上是易碎的，并且因此被包封起来用于保护。密封剂可以是本领域中已知的任何密封剂。在一个实施方案中，密封剂是聚(乙烯乙酸乙烯酯)、聚(乙烯-丙烯酸)离聚物、有机硅、带有过氧化物和稳定剂的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、或带有功能化聚烯烃类的热塑性EVA合金。
实例
通用的
实例中的薄膜是在以下条件下挤出的：模口2(460℉)，模口1(460℉)，接头(460℉)，区域3(450℉)，区域2(440℉)，区域1(400℉)、熔融(422℉)，电动机荷载(15-15AMPS)，螺杆转速(16)以及压力(400-600psi)。使用一台Perkin Elmer Lambda 850/800UV/Vis或Lambda 950分光光度计用一个积分球在一个光反射中测定了光学反射率。使用Solar SpectrumReflectance在300-2500nm处在一个黑色背景上(在用一个白色的陶瓷板B75校准后)测量了太阳光反射率。
Kynar
、Plexiglas
、和Altuglas
(商标归Arkema Inc.和Arkema France所有)以及带有这些商标的产品可从Arkema Inc和Arkema France得到。ALTUGLAS HT 121树脂是甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的一种共聚物。PLEXIGLAS V826树脂是甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的一种共聚物。KYNAR 740树脂是一种聚(偏二氟乙烯)均聚物。
在这些实例中使用了来自DuPont的TiO2颜料，商品名为R103、R105、TS6200、以及R960。
实例1(薄膜).将包含ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740(聚偏二氟乙烯)/TiO2(R105)(比例为38/37/25)的一个25um的白色光学薄膜与3％的UV封装料(Package)(包含TINUVIN 234、抗氧化剂IRGANOX 1010以及IRGAFOS 126)一起在440℉的模口温度下挤出。TiO2颗粒在25％的水平下使用以改进太阳光反射和紫外线阻挡性能。在3.5g/10分钟下测量了熔体流动速率(MFR)。25um ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/TiO2(R105)在560nm处呈现出高达90％的高的扩散光学反射率(太阳光反射率＝74.5％)，在单程混合后伴有高的光学薄膜均匀性。在薄膜中没有检测到泛黄。在动态力学分析(DMA)中测定的储能模量在150℃下是10.5MPa。
实例2(AP).基于ALTUGLAS HT 121丙烯酸/Kynar740/TiO2(R105)(38/37/25)配制了一种合金复合材料。将白色的、混合的、聚合物复合材料溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中并且涂覆在选定的125um的DuPont预处理的Melinex 454 PET薄膜上。在将这些涂覆的AP薄片样品干燥后，在一个标准X切口(X-hatch)剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且发现粘附性是优异的。对于高Tg丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150℃下沿着MD和TD方向的低的热收缩是小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色的、混合的、合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为20um)在可见光和太阳光区域都呈现出高的反射率。性能数据在以下表1中示出。
表1
实例3(薄膜).将包含ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/TiO2(R105)的一个35um的白色光学薄膜在450℉的模口温度下挤出。ALTUGLAS HT 121/KYNAR740/TiO2(R105)具有的比例为35/34/31，连同3％的UV封装料。在3.3g/10分钟下测量了熔体流动速率(MFR)。35um ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/TiO2(R105)在560nm处呈现出高达93％的高的扩散光学反射率(太阳光反射率＝79.5％)。在薄膜中没有检测到泛黄。在动态力学分析(DMA)中测量的储能模量是在150℃下14.3Mpa(或在140℃下26.3MPa)。
实例4(AP).基于高Tg的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/Kynar740/TiO2(R105)(35/34/31)配制了一种合金复合材料。为了改进太阳光反射和紫外线阻挡性能，以30％的水平使用TiO2颗粒。将白色的、混合的、聚合物复合材料溶解在NMP中并且涂覆到选定的125um的DuPont预处理的Melinex 454PET薄膜上。在将涂覆的AP薄片样品干燥后，在一个标准X切口剥离测试中测量了对PET基片的粘附性，并且发现该粘附性是优异的。对于高Tg丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向已经实现了小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色的混合的合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)在可见光和太阳光区域都呈现出相当高的反射率。性能数据在以下表2中示出。
表2
丙烯酸嵌段聚合物
实例5(AP).将一种白色丙烯酸薄膜树脂以丙烯酸聚合物/TiO2(75/25)的比例与实例1的3％的UV封装料和热加工稳定剂相混合。该丙烯酸聚合物是基于Arkema，France制得的一种高Tg的p(MMA-MAA)-b-PBA-b-p(MMA-MAA)嵌段共聚物。为了改进太阳光反射和紫外线阻挡性能，将TiO2颗粒(来自Du Pont的R960)以25wt.％的水平混入该嵌段共聚物基质中。将白色的、混合的、聚合物纳米复合材料溶解在MIBK/MEK(20/80)混合物中并且涂覆在125um的预处理的PET薄膜(来自Du Pont的Melinex 504)上。在一个标准X切口剥离测试中测量了对PET基片的粘附性，并且发现该粘附性是优异的。对于这种高Tg丙烯酸涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向在1％之内。除了优异的紫外线阻挡外，白色的混合的丙烯酸涂覆的薄膜/薄片(涂层厚度为20um和25um)在可见光和太阳光区域都呈现出高的反射率。在基于划格剥离粘附性测试经1000小时的一个湿热测试(处于85℃/85％RH)后，涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性。性能数据在以下表3中示出。
表3
实例6(丙烯酸未功能化).将包含ALTUGLAS V826/KYNAR 740/TiO22(R960)的一个32um的白色光学薄膜在440℉的模口温度下挤出。ALTUGLAS V826/KYNAR740/TiO2(R960)具有的比例为38/37/25，连同3％的UV封装料。在2.6g/10分钟下测量了熔体流动速率(MFR)。该膜在560nm处呈现出高达89％的良好的扩散光学反射率(太阳光反射率＝74.4％)，在多程混合后伴随高的光学薄膜均匀性。仅通过多程混合得到了更好的特性。在薄膜中没有检测到泛黄。在动态力学分析(DMA)中测定的储能模量在150℃下是5.5MPa。
实例7(没有功能化的AP丙烯酸).将实例6的合金复合材料以30％的固体含量溶解在NMP中并且涂覆在选定的125um的DuPont预处理的PET薄膜(Melinex 454)上。在将涂覆的AP薄片样品干燥后，由25um涂覆的样品测得太阳光反射率为70％。对于丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向达到了小于1.0％和0.5％。在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性。到预处理的PET基片的粘附性相对较低。
实例8(薄膜).将包含ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/TiO2(R105)(以28/41/31的比例)的一个36um的白色光学薄膜与3％的UV封装料在450℉的模口温度下一起挤出。在3.3g/10分钟下测量了熔体流动速率(MFR)。该膜在560nm处呈现出高达94％的高的扩散光学反射率(太阳光反射率＝80.9％)。在薄膜中没有检测到泛黄。在动态力学分析(DMA)中的储能模量测定为是在150℃下5.9Mpa(或在140℃下10.8MPa)。
实例9(AP).将实例8的合金复合材料以30％的固体含量溶解在MEK/NMP(50/50)中并且涂覆在选定的125um的DuPont Melinex 454预处理的PET薄膜上。在将涂覆的AP薄片样品干燥后，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且发现粘附性是优异的。对于高Tg丙烯酸合金涂覆的PET薄片，发现在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向是小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色的、混合的、合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为19um)在可见光和太阳光区域都呈现出高的反射率。性能数据在以下表4中示出。
表4
实例10(薄膜).将包含ALTUGLAS HT 121/丙烯酸核-壳抗冲击改性剂/KYNAR 740/TiO2(R105)(以42/14/14/30的比例)的一个37um的白色光学薄膜与3％的UV封装料在450℉的模口温度下一起挤出。在1.3g/10分钟下测量了熔体流动速率(MFR)。所使用的抗冲击改性剂是基于来自Arkema Inc的BA软核/丙烯酸壳(MMA/EA-95/5)结构，直径大小为90nm。该薄膜在560nm处呈现出高达94％的高的扩散光学反射率(太阳光反射率＝78.2％)。在薄膜中没有检测到泛黄。
实例11(AP).将实例10的合金复合材料以30％的固体含量溶解在MEK/NMP(80/20)中并且涂覆在选定的125um的DuPont Melinex 454预处理的PET薄膜上。在将涂覆的AP薄片样品在160℃下干燥后，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且粘附性是优异的。对于高Tg丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150℃下进行低的热收缩持续30分钟，发现沿着MD和TD方向小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色的、混合的、合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)在可见光和太阳光区域都呈现出高的反射率。基于划格剥离粘附性测试在经1000小时的一个湿热测试(处于85℃/85％RH)后，涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性。性能数据在以下表5中示出。
表5
实例12(薄膜).将包含ALTUGLAS HT 121/丙烯酸核-壳抗冲击改性剂/KYNAR 740/TiO2(R103)(以42/21/7/30的比例)的一个37um的白色光学薄膜与3％的UV封装料一起在450℉的模口温度下挤出。在0.6g/10分钟下测量了熔体流动速率(MFR)。该膜在560nm处呈现出高达92％的高的扩散光学反射率(太阳光反射率＝75.1％)。在薄膜中没有检测到泛黄。对于2％的在空气中的重量损失，发现热分解温度为300℃。
实例13(AP).基于高Tg的ALTUGLAS HT 121/丙烯酸核-壳抗冲击改性剂/KYNAR 740/TiO2(以42/21/7/30的比例)以及另外的3％的UV封装料配制了合金复合材料。所使用的抗冲击改性剂是基于来自Arkema Inc的BA软核/丙烯酸壳(MMA/EA-95/5)结构，直径大小为90nm。将白色的、混合的、聚合物复合材料以31％的固体含量溶解在MEK/NMP(90/10)中以形成一种均匀的分散体并且涂覆在选定的125um的DuPont预处理的PET薄膜(Mexlinex 454)上。
在涂覆后，将AP薄片样品在150℃下干燥。在一个标准X切口剥离测试中呈现出优异的对PET基片的粘附性。对于高Tg酸等级丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向是小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色的、混合的、合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)在可见光和太阳光区域都呈现出高的反射率。基于划格剥离粘附性测试在经1000小时的一个湿热测试(处于85℃/85％RH)后，涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性。性能数据在以下表6中示出。
表6
实例14(硬核/软壳抗冲击改性剂)基于高Tg的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/TiO2 R105(以41/23/36的比例)和另外的3％的添加剂配制了一种合金复合材料。为了改进太阳光反射和紫外线阻挡性能，以36％的水平使用TiO2颗粒。抗冲击改性剂是基于来自Altuglas的硬的丙烯酸核/软壳/硬壳抗冲击改性剂。然后，将白色的、混合的、聚合物复合材料溶解在MEK/MIBK(85/15)中以形成一种均匀的分散体并且涂覆在选定的125um的DuPontMelinex 561预处理的PET薄膜上。
在涂覆后，将AP薄片样品在120℃下干燥，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且发现粘附性是优异的。对于高Tg酸等级丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向达到了小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色的混合的合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)在可见光和太阳光区域都呈现出高的反射率。基于划格剥离粘附性测试在经1000小时的一个湿热测试(处于85℃/85％RH)后，涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性。性能数据在以下表7中示出。
表7
实例15(硬核/软壳抗冲击改性剂)基于高Tg的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/K3120/TiO2 R105(以38/18/7/36的比例)和另外的3％的添加剂预混合了一种合金复合材料。Kynar Flex 3120是一种来自Fluoropolymer，Arkema的PVDF-HFP共聚物。抗冲击改性剂是基于来自Altuglas的硬的丙烯酸核/软壳/硬壳抗冲击改性剂，大小为300nm。然后，将白色的、混合的、聚合物复合材料以30％的固体含量溶解在MEK/MIBK(85/15)中以形成一种均匀的分散体并且涂覆在选定的180um的DuPont Melinex 561预处理的PET薄膜上。
在涂覆后，将AP薄片样品在90℃和120℃下干燥，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且发现粘附性是优异的。对于合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向达到了小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)还呈现出75％的高的反射率。基于划格剥离粘附性测试在经1000小时的一个湿热测试(处于85℃/85％RH)后，涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性。性能数据在以下表8中示出。
表8
实例16(与一种功能化硅烷X-连接的AP)基于高Tg的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/K3120/TiO2 R105(以40/18/6/36的比例)和另外的3％的添加剂预混合了一种合金复合材料。Kynar Flex 3120是一种来自Fluoropolymer，Arkema的PVDF-HFP共聚物。抗冲击改性剂是基于来自Altuglas的硬的丙烯酸核/软壳/硬壳抗冲击改性剂，大小为300nm。将预混合的白色的、混合的、聚合物复合材料溶解在MEK/MIBK(80/20)中。然后，将2.7wt％的3-环氧丙氧丙基甲基二乙氧基硅烷(来自Alfa Aesar)以31％的固体含量加入以上涂覆溶液中以形成一种均匀的分散体。将溶液施用到250um的DuPont Melinex 561预处理的PET薄膜上。
将丙烯酸涂覆的AP薄片样品在90℃和110℃下干燥，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且发现粘附性是优异的。对于合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向达到了小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)还呈现出74.8％的高的反射率。性能数据在以下表9中示出。
表9
实例17(与氮丙啶X-连接的AP)基于高Tg的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/TiO2 R105(以43/21/36的比例)和另外的3％的添加剂预混合了一种合金复合材料。抗冲击改性剂是基于来自Altuglas的硬的丙烯酸核/软壳/硬壳抗冲击改性剂，大小为300nm。将预混合的白色的、混合的、聚合物复合材料溶解在MEK/乙酸丁酯(80/20)中。然后，将1.0wt％的三氮丙啶(来自Polyarizidine的PZ-28)以33％的固体含量加入到以上的涂覆溶液中以形成一种均匀的分散体。将溶液施用到250um的DuPont Melinex 561预处理的PET薄膜上。
将丙烯酸涂覆的AP薄片样品在80℃下干燥，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且发现粘附性是优异的。对于合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向达到了小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为25um)还呈现出74.5％的高的反射率。性能数据在以下表10中示出。
表10
实例18(与一种异氰酸酯X-连接的AP，不含底漆)基于高Tg的ALTUGLASHT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/K3120/TiO2 R105(以43/16/6/35的比例)和另外的3％的添加剂预混合了一种合金复合材料。抗冲击改性剂是基于来自Altuglas的硬的丙烯酸核/软壳/硬壳抗冲击改性剂，大小为300nm。将预混合的白色的、混合的、聚合物复合材料溶解在MEK/MIBK(80/20)中。然后，将10wt.％的一种交联剂DESMODUR N3300A(来自Bayer Material Scienec的六甲基二异氰酸酯的均聚物)以32％的固体含量加入到以上的涂覆溶液中以形成一种均匀的分散体。将溶液施用到180um的Toray T60未打底漆的PET薄膜上。
将丙烯酸涂覆的AP薄片样品在130℃-145℃下干燥，在一个标准X切口剥离测试中测量了到PET基片的粘附性，并且粘附性是优异的。对于合金涂覆的PET薄片，在150℃下的低的热收缩沿着MD和TD方向达到了小于1.0％和0.5％。除了优异的紫外线阻挡外，白色合金涂覆的PET薄片(涂层厚度为28um)还呈现出74.9％的高的反射率。性能数据在以下表11中示出。
表11
实例19(AP-EVA密封剂).形成了一种150um的合金涂覆的PET薄膜，它具有一个25um的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/Kynar740/TiO2层(以42/21/7/30的比例)的涂层(如在实例13中所描述)。合金涂覆的PET薄片(AP)呈现出大约70％的总的太阳光反射率。在对PET薄膜进行表面处理(以大约58-60达因/cm的水平)后在实验室中在150℃下使用一台P.Energy层压机持续15分钟，将一个薄片的未涂覆的PET侧进行电晕处理，并且将其成功地层压到一个420um的EVA(STR 15925P)包封层薄膜上以形成一种丙烯酸合金/PET/EVA背板结构。涂覆的PET到EVA层的粘附性是优异的。
实例20(APE).形成了一种150um的丙烯酸涂覆的PET薄膜，它具有一个25um的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/TiO2层(以41/23/36的比例)的涂层(如在实例14中所描述)。涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景上具有大约74.5％的总的太阳光反射率，其中涂层到PET薄膜有优异的粘附性。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)的未涂覆的PET侧呈现出优异的对一个100um的OREVAC T(来自Arkema Inc.的改性EVA)层的粘附性(在140℃下在实验室中在20psi下持续10分钟)以形成一种250um的丙烯酸/PET/EVA(APE)背板结构，而不对PET薄膜进行表面处理。
实例21(AP+打底漆的).形成了一种205um的丙烯酸涂覆的PET薄膜，它具有一个30um的ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂/TiO2层(以41/23/36的比例)的涂层(如在实例14中所描述)。涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景具有大约78％的总的太阳光反射率，并且涂层到PET薄膜具有优异的粘附性。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)的PET侧呈现出到一个20um的OREVACT(Arkema，改性EVA)底漆层的优异的粘附性(在实验室中在140℃下)以形成一种225um的丙烯酸/PET/底漆(AP+底漆)背板结构，而不对PET薄膜进行表面处理。该底漆层在20psi下在140℃下持续10分钟具有到一个420umEVA(STR 15925P)包封层的优异的粘附性。
实例22(APA).将由CRP嵌段共聚物(PMMA-MMA)-b-PBA-b-(PMMA-MAA)/TiO2(以72/25的MEK/MIBK的比例)(在实例5中所描述)制成的一个涂层以32.5um施用至一个125um的预处理的PET薄膜的表面上。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景具有大约74％的总的太阳光反射率、连同涂覆到PET薄膜的优异的粘附性。然后，将白色涂层的一个第二层(32.5um)施用到PET基片的背面以形成一种丙烯酸/PET/丙烯酸(APA)背板结构。190um的涂覆的APA背板具有大约80％的总的太阳光反射率。丙烯酸涂覆的PET薄片(APA)呈现出优异的对一个20um的OREVAC T(Arkema Inc.，改性EVA)底漆层的粘附性以形成一种210um的丙烯酸/PET/底漆(APA+底漆)背板结构(在实验室中在140℃下)。打底漆的APA在20psi下在140℃下持续10分钟证明了对一个400um EVA(STR 15925P)包封层的优异的粘附性。
例23(KPA).实例5的CRP嵌段共聚物：将(PMMA-MMA)-b-PBA-b-(PMMA-MAA)/TiO2(以72/25的MEK/MIBK的比例)以32.5um的厚度施用至125um的预处理的PET薄膜表面上。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景具有大约74％的总的太阳光反射率、连同涂覆到PET薄膜的优异的粘附性。可以将这种AP结构层压至一个30um的KYNAR 302 PGM TR聚偏二氟乙烯薄膜(Arkema Inc.)上以形成一种丙烯酸/PET/粘合剂/KYNAR薄膜(APK)，在热层压过程中有一个10um的芳香族聚酯粘合剂层。KYNAR层被用作一个外层以便进一步改进耐气候性，而丙烯酸层可以被用来改进光回收并且增强PV模块的效率。
实例24(AP-EVA PV模块).形成了基于Du Pont MELINEX 561的一种275um的合金涂覆的PET薄膜，它具有ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂(B200)/R105 TiO2层(以44/21/35的比例)和3％的UV封装料的一个25um的涂层。B200是来自Functional Additives，Arkema的大小为210nm的一种基于软核/壳的抗冲击改性剂。在MEK/乙酸丁酯(85/15)中，将涂覆溶液中的固体含量控制在30wt.％。合金涂覆的PET薄片(AP)呈现出大约74％的总的太阳光反射率。在ASTM E96下以1.4g/m2每天测量了水蒸气透过率。在ASTMD149下以24.5kV测量了介电击穿电压。
将一个薄片的未涂覆的PET侧进行电晕处理(高达大约58-60达因/cm)并且与夹在两个EVA层之间的一个2”x4”单晶Si电池以及一个有纹理的正面低铁玻璃盖一起成功地层压至一个420um的EVA(STR 15925P)包封层上以形成一种结晶Si PV模块(在实验室中使用一台P.Energy层压机在150℃下持续15分钟)。涂覆的PET到EVA层的粘附性是优异的。单晶Si PV模块与丙烯酸涂覆的PET薄片通过了在85℃/85％RH下经1500小时的一个湿热测试，在AM 1.5G(在ASTM E927中定义)下测量，没有看到模块效率的显著的降低(η＝13.2±0.3％)。
实例25(AP-EVA PV模块).形成了基于Du Pont MELINEX 561的一种205um的合金涂覆的PET薄膜，它具有PLEXIGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂(B200)/R105 TiO2层(以44/21/35的比例)和3％的UV封装料的一个25um的涂层。B200是来自Functional Additives，Arkema的一种基于软核/硬壳的抗冲击改性剂。在MEK/MIBK(85/15)中，将涂覆溶液中的固体含量控制在30wt.％。合金涂覆的PET薄片(AP)呈现出大约74％的总的太阳光反射率。将一个薄片的未涂覆的PET侧进行电晕处理(高达大约58-60达因/cm)并且与夹在两个EVA层之间的一个2”x4”单晶Si电池以及一个平的正面低铁玻璃盖一起成功地层压至一个420um的EVA(STR 15925P)包封层薄膜上以形成一种结晶Si PV模块(在实验室中使用一台P.Energy层压机在150℃下持续15分钟)。涂覆的PET到EVA层的粘附性是优异的。单晶Si PV模块与丙烯酸涂覆的PET薄片通过了在85℃/85％RH下经1500小时的一个湿热测试，在AM 1.5G下测量，没有看到模块效率的可见的降低(η＝11.9±0.4％)。
实例26(AP).将由ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂(B200)/R105TiO2层(以44/21/35的比例)与3％的UV封装料制成的一个22um的涂层(在实例24中所描述)在一个涂覆生产线上施用到一个250um的MELINEX 561预处理的PET薄膜表面上。在MEK/环戊酮(85/15)中，将涂覆溶液的固体含量控制在30％。涂覆生产线的速度是20英尺/分钟，并且干燥温度高达280℉。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景具有大约71％的总的太阳光反射率、连同涂覆到PET薄膜的优异的粘附性。在85℃/85％RH下经1500小时的一个湿热测试中，丙烯酸涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性，而没有看出涂层粘附性的降低。
实例27(AP).将ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂(B200)/R105TiO2层(以44/21/35的比例)与3％的UV封装料制成的一个22um的涂层在一个涂覆生产线上施用到一个250um的MELINEX 561预处理的PET薄膜表面上。在MEK/环戊酮(85/15)中，将固体含量控制在30％。涂覆生产线速度是20英尺/分钟，并且干燥温度高达280℉。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景具有大约71％的总的太阳光反射率、连同涂覆到PET薄膜的优异的粘附性。在85℃/85％RH下经1500小时的一个湿热测试中，丙烯酸涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性，而没有看出涂层粘附性的降低。
实例28(APA).将由ALTUGLAS HT 121丙烯酸/抗冲击改性剂(B280)/R105TiO2层(以44/21/35的比例)与3％的UV封装料制成的一个21um的涂层在一个涂覆生产线上施用到一个250um的MELINEX 561预处理的PET薄膜表面上。B280是来自Functional Additives，Arkema Inc.的大小为300nm的一种抗冲击改性剂。在MEK/环戊酮(85/15)中，将固体含量控制在30％。涂覆生产线速度是20英尺/分钟，并且干燥温度高达280℉。丙烯酸涂覆的PET薄片(AP)在黑色背景具有大约70.5％的总的太阳光反射率，连同涂覆到PET薄膜的优异的粘附性。然后，在相同的操作条件下，将白色涂层的一个第二层(20um)施用到PET基片的背面以形成一种丙烯酸/PET/丙烯酸(APA)背板。291um的涂覆的APA背板具有大约76.5％的总的太阳光反射率。在85℃/85％RH下经1500小时的一个湿热测试，丙烯酸涂覆的PET薄片呈现出优异的粘附性，而没有看出涂层粘附性的降低。
实例29(打底漆的APA-EVA).在将APA薄片用一种Dow Chemical的N-β-氨乙基-γ-氨基丙基三甲基硅烷(Z-6020，大约97％)化合物打底漆后，在实例25中描述的丙烯酸涂覆的PET薄片(APA)呈现出对一个420um的EVA(STR15925P)包封层薄膜的优异的粘附性。将Z-6020硅烷在EtOH中稀释到浓度为1.5wt.％。将用一种Z-6020硅烷底漆处理的APA在110℃下干燥5分钟。当将APA背板的打底漆一侧层压到EVA包封层上(在实验室中使用一台P.Energy层压机在150℃下持续15分钟)时，打底漆的APA薄片呈现出对EVA包封层的优异的粘合性。由一种2”x4”单晶Si电池，连同一种有纹理的正面低铁的玻璃盖、两个EVA(STR 15925P)包封层、以及打底漆的APA背板一起制成了Si模块。在实验室中制成的两种层压的c-Si PV模块具有在AM 1.5G下测量的13.7％和14.6％的模块效率。
Claims (21)
1.一种多层背板，包括粘附至一个聚合物支撑层上的一个丙烯酸均聚物或共聚物层(丙烯酸层)，其中所述丙烯酸层包括按重量计至少百分之40的一种或多种丙烯酸聚合物，并且其中所述丙烯酸层处于具有从10微米到200微米的总厚度的一个或多个涂层、薄膜、或薄片的形式，并且其中所述背板作为光伏打模块的背板是有用的。
2.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸层或者具有一个高于25℃的Tm，如果所述层是结晶的或半结晶的，或者具有一个高于10℃的Tg，如果所述层是无定形的。
3.如权利要求2所述的背板，其中所述丙烯酸层或者具有一个高于70℃的Tm，如果所述层是结晶的或半结晶的，或者具有一个高于70℃的Tg，如果所述层是无定形的。
4.如权利要求3所述的背板，其中所述丙烯酸层或者具有一个高于85℃的Tm，如果所述层是结晶的或半结晶的，或者具有一个高于85℃的Tg，如果所述层是无定形的。
5.如权利要求1所述的背板模块，其中所述丙烯酸层进一步包括基于丙烯酸聚合物重量的从5重量百分比到50重量百分比的一种或多种颜料。
6.如权利要求5所述的背板，其中所述一种或多种颜料是白色颜料。
7.如权利要求6所述的背板，其中所述白色颜料包括：TiO2，、ZnO、以及BaSO4颗粒。
8.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物包括一种丙烯酸基质以及基于丙烯酸聚合物总重量的从0重量百分比到50重量百分比的一种或多种抗冲击改性剂。
9.如权利要求8所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物包括一种丙烯酸基质以及基于丙烯酸聚合物总重量的从10重量百分比到30重量百分比的一种或多种丙烯酸抗冲击改性剂。
10.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物包括从0.01重量百分比到20重量百分比的功能化单体单元。
11.如权利要求10所述的背板，其中所述功能化单体单元包括：丙烯酸、甲基丙烯酸、或它们的一种混合物。
12.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸层进一步包括一种或多种氟聚合物，此类氟聚合物与所述丙烯酸聚合物是易混合的、半易混合的或相容的，并且其中所述一种或多种丙烯酸聚合物与所述氟聚合物之比是从40∶60到100∶0。
13.如权利要求12所述的背板，其中所述氟聚合物包括聚偏二氟乙烯的一种均聚物或共聚物，该均聚物或共聚物包括至少75重量百分比的偏二氟乙烯单体单元。
14.如权利要求12所述的背板，其中所述一种或多种丙烯酸聚合物与所述氟聚合物之比是从51∶49到95∶5。
15.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸层具有一个高于110℃的Tg。
16.如权利要求1所述的背板，其中所述聚合物支撑层是选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、以及功能化聚烯烃类。
17.如权利要求1所述的背板，进一步包括一个或多个选自下组的附加层，该组由以下各项组成：具有相同或不同构成的一个附加的丙烯酸层、一个氟聚合物层、一个乙烯乙酸乙烯酯(EVA)层、以及一个热塑性层。
18.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸层具有一个高于85℃的Tm亦或Tg，其中所述丙烯酸层包括至少51重量百分比的一种或多种丙烯酸聚合物，其中所述一种或多种丙烯酸聚合物包括具有从0.01重量百分比到20重量百分比的功能化单体单元的一种丙烯酸聚合物基质，并且其中所述丙烯酸层包括基于该一种或多种聚合物重量的从5重量百分比到50重量百分比的一种或多种白色颜料。
19.如权利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物层进一步是可交联的、并且对多功能的基团是有反应性的。
20.如权利要求1所述的背板，其中所述的该丙烯酸层进一步包括多种反应性添加剂。
21.一种光伏打模块，按顺序从前到后包括：
a)一种太阳辐射透明的上釉材料；
b)一个或多个太阳能电池；以及
c)权利要求1的背板。
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